CN105357731A - 在电磁干扰环境下的能量有效的wsn路由协议设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在电磁干扰环境下的能量有效的WSN路由协议设计方法。包括建立梯度模型、路由的构建、数据的稳定传输和路由的维护；采用基于跳数的梯度建立模型，节点根据自身梯度值选择比自己更接近汇聚节点的中间节点进行数据的转发，避免了回路的产生；在下一跳中继节点选取的过程中，通过基于节点剩余能量、节点间的相对位置、节点与干扰区域的相对位置的考虑动态选择下一跳节点；路由的构建是中继节点根据自身的路由代价相应的加入延时，目的节点记录最先发来的RREQ消息后，发送RREP处理消息进行应答，源节点接收到RREP应答后，路由即建立。提高路由抗干扰性的同时，降低网络能量开销，达到了延长网络的生命周期并且较好的解决了无线传感器网络受干扰的问题。

Description

在电磁干扰环境下的能量有效的WSN路由协议设计方法

技术领域

本发明涉及一种无线传感器网络中节点抗干扰的方法，特别涉及一种在电磁干扰环境下的能量有效的WSN路由协议设计方法。

背景技术

无线传感器网络在电磁干扰的环境下的组网问题，由于信道切换和异构系统干扰等的存在，局部区域受到干扰源的干扰，传统的路由在该环境下信息的可靠性传输受到影响。区别于传统无线网络的路由协议，无线传感器网络路由协议的设计主要考虑节点的能量有效性，网络中节点的抗干扰性和链路的质量等方面，需要根据不同的应用需求设计相应的路由协议。无线传感器网络中节点协作的采集感兴趣的信息，并及时传递到处理基站，但由于WSN工作在无需授权的ISM频段(如2.4GHz)，随着同样使用这些公用频段的无线技术的兴起(如WIFI、蓝牙等)，ISM频段正显得日益拥挤。但是另外一种情况就是在高电压环境下，由于高电压电流的对偶，也会产生相应的干扰频段，这是对网络中部分节点产生严重的信道干扰，使得节点无法正常工作，从而使得网络处于非连通状态，合理高效的路由设计能够提高网络整体性能。

近年来，研究人员发现在无线传感器网络路由协议中考虑节点切换信道这一特性可以明显提高每个传感节点的抗干扰能力，且在很大程度上减少节点数据包的平均传输跳数和传输时延，提高了网络的生命周期。考虑到传感节点无线频带资源的使用有效性，无线传感器网络在路径中受干扰的节点采用不同的信道，其核心思想是把无线传感器节点把节点使用的2.4GHz频带周围划分为16个信道，使得干扰区域的节点动态选择了与干扰源不重叠的频谱信道，而不再与其他节点工作在同一信道。但是传统的路由协议虽然干扰有效的减少了，但是不能保证任何2个节点间的链路质量最小。但是现有采用在加点间采用抗干扰的路由协议主要目的是使得干扰最小化，没有考虑两个节点间链路能量和延时最小。

目前，大部分基于抗干扰的无线传感器路由协议未考虑节点切换信道和抗干扰的能量有效性问题，在信道切换时，没有考虑额外的时延和能量开销，当网络规模增大时，源节点到目的节点传输数据会带来很长的传输时延，且中继节点会因能力开销过大而过早的死亡；而在链路受到干扰时，没有考虑根据受干扰的程度去调节节点发射功率，这使得节点会带来额外的能量消耗。

发明内容

为了解决上述技术问题本发明提供一种在电磁干扰环境下的能量有效的WSN路由协议设计方法，目的是能够在保障节点抗干扰的同时，有效减少了网络传输时延，提高网络吞吐量，节省网络节点能量的额外开销，达到了提升网络频带资源利用率及延长整个网络存活时间。

为达上述目的本发明一种在电磁干扰环境下的能量高效的WSN路由协议设计方法，包括建立梯度模型、路由的构建、数据的稳定传输和路由的维护；建立梯度模型采用基于跳数的梯度建立模型，节点根据自身梯度值选择比自己更接近汇聚节点的中间节点进行数据的转发，在选择下一跳中继节点选取过程中，通过基于节点剩余能量、节点间的相对位置、节点与干扰区域的相对位置动态选择下一跳节点；路由的构建是中继节点根据自身的路由代价相应的加入延时，目的节点记录最先发来的RREQ消息后，发送RREP处理消息进行应答，源节点接收到RREP应答后，路由即建立；数据的稳定传输利用公式 $C\left(p\right)=\underset{i\∈p}{\Σ}\[{\mathrm{\αC}}_{sw}\left(i\right)+{\mathrm{\βC}}_{SNR}\left(i\right)+{\mathrm{\γC}}_d\left(i\right)+{\mathrm{\ϵC}}_e\left(i\right)\]$ 来确定转发延迟，其中C_sw(i)、C_SNR(i)、C_d(i)、C_e(i)分别代表了节点i的信道切换代价、信噪比产生的路由代价、距离产生的路由代价、剩余能量产生的路由代价，i代表的是路径p中的第i个节点，而α、β、γ、ε分别代表的信道切换、信噪比、距sink的节点的距离、剩余能量的路由代价权重因子，且满足α+β+γ+ε＝1；路由的维护包括路由过期处理、路由错误处理和Hello信息处理机制。

建立梯度模型包括：(a)初始化每个节点的梯度值，梯度值用节点到汇聚节点的最小跳数表示，将汇聚节点的梯度值MH_sink设置为0，其它节点的梯度值MH_i设置为无穷大；(b)由汇聚节点开始以半径为r广播给它所有邻居节点一个初始化消息，这个初始化消息中含有一个值为0的跳数计数器；(c)当有节点收到该初始化消息，先检查节点的梯度值是否为无穷大，若为无穷大，节点根据接收消息强度最大的初始化消息将其梯度值设置为该消息HC的值加1，其中(0≤HC≤(R/r-1))，更新能量信息，并将该消息HC的值用节点新的梯度值替代，节点再重传该初始化消息给它所有的邻居节点；否则，节点丢弃该初始化消息；(d)邻居节点收到初始化消息后继续重复步骤(c)，直到所有节点至少一次根据收到的初始化消息设置它们新的梯度值，初始化消息的传播过程终止。

路由的构建：建立梯度模型后在源节点广播RREQ请求消息，设置广播跳数等于节点最大梯度值，中继节点对收到的重复RREQ消息进行销毁，否者对自己的邻居节点列表进行更新，中继节点根据自己的竞争能力加入相应的延时后再广播RREQ，广播RREQ消息时需要判断前一跳节点序号是否在路由链表中，如果不在，将前一跳地址加入到链表中，若前一跳节点序号在路由链表中则销毁RREQ消息数据包，与此同时我们需要判断目前已经执行的跳数是否超过了网络的最大直径，也就是判断节点是否已经跳出了我们定义的网络区域，如果超出了的话就销毁数据包，重复此操作直到此数据包到达了目的节点，否者广播跳数减1，继续广播RREQ。最终到达目的节点后，目的节点复制收到的RREQ消息并广播RREP消息，收到RREP消息包的节点判断自己是否存在链表中，若存在则销毁数据包，否者根据收到的RREP消息包更新前一跳邻居节点信息，此步骤一直持续直到达源节点收到RREP消息包，则根据路由链表建立起路由，其中RREQ消息包是源节点发起为了寻找到源节点的路径，而当目的节点收到来自源节点的RREQ包后，发送RREP消息包对此路径进行确认。

更新邻居节点后，邻居节点比较两者的梯度值，使得RREQ请求包是沿着目的节点的方向传递，当广播跳数减少到1时，下一跳节点还不是汇聚节点，那么接受到这个RREQ请求包的节点把其删掉，RREQ分组中携带以下信息字段：源地址、源序列号、广播ID、目的地址、跳数计数器。

数据的稳定传输：首先是对干扰区域内信道的调整，在干扰区域内节点动态的调整自己的频谱信道使得与干扰源不重叠，但是不再与其他的节点工作在同一个频道了，信道的切换会带来额外的时延和能量开销，把信道切换所带来的能量消耗折算为路由代价，可用公式C_sw＝|S_s-S_o|×w_s(S_o)来表示，其中S_o代表节点之前的信道频谱，S_s代表的是需要跳变到的信道频谱；根据从节点物理层提取的信噪比的大小来定义链路受干扰程度的代价因子，采用的是DPSK调制方法，当SNR＝E_b/N_o>14.4时误码率BER值数量级达到10^-12，满足通信要求；当信噪比SNR大于14.4时，设定节点间的路由代价为0，当信噪比SNR在[b,14.4)范围内的话，将信噪比的大小折算为路由代价，而当信噪比SNR小于b的话，将此时的SNR置为+∞。用公式表达为 $e_n=\left\{\begin{array}{cc}0& SNR\&GreaterEqual;14.4\\ SNR& b\&le;SNR<14.4\\ +\mathrm{\&infin;}& SNR<b\end{array}\right.,$ b是一个阈值，把不同的信噪比转化为相应的路由代价，其中b为节点受电磁干扰的容忍度，根据设备误码率的承受度来初始化b的大小，把信噪比SNR折算为路由代价用公式表示为C_SNR＝e_n/w_a，其中e_n代表的是接受信噪比的强度，w_a代表的是单位信噪比对应的路由代价；表示的是基于距离的路由代价函数，其中d_i-j表示簇头i到簇头j的距离，d_j-sink表示簇头j到汇聚节点距离，d_i-sink表示簇头i到汇聚节点距离；下一跳时路由代价用公式表示为其中E_min(j)表示节点j下一跳节点集合具有的最小剩余能量，E(i)表示节点i的剩余能量；对四个参数归一化处理C_sw(i)＝log₁₀(C_sw(i))，C_SNR(i)＝log₁₀(C_SNR(i))，C_d(i)＝log₁₀(C_d(i))，C_e(i)＝log₁₀(C_e(i))，这样才能保证它们的取值范围都在[-1,1]之间；每一个节点在接收到一个路由RREQ请求时会延时一个与路由代价成正比的时间间隔，进而往下一跳继续request，节点i在转发一个路由RREQ请求包时的路由代价延时D(i)为：D(i)＝Dlog₂(1+min[αC_sw(i)+βC_SNR(i)+γC_d(i)+εC_e(i),C_max])，其中D为延时时间参数，C_max表示路由最大成本。

路由的维护包括：

a)路由过期处理：数据包的转发过程中，路径不断更新生存时间，当路径在ACTIVE_ROUTE_TIMEOU的时间间隔内没有被使用，就会被标记为无效，经过DELETE_PERIOD时间被撤销；

b)路由错误处理：链路中断，下一跳节点不可达，节点不存在到达目的节点的活跃路由并且节点没有进行本地修复，节点收到邻居节点发送的RERR这三种情况下向节点的前区列表发送携带下一跳不可达节点的RERR信息；

c)Hello信息处理机制：Hello信息用来维护网络的局部连接。节点在HELLO_INTERVAL时间间隔内定期向邻居节点发送Hello信息，当节点在ALLOWED_HELLO_LOSS或者是在HELLOIN_TERVAL时间内没有收到活跃邻居的Hello信息，此链路无效。

本发明的优点效果：本发明在梯度模型上运行抗干扰的路由协议，给出综合考虑信道切换代价、节点间的信噪比、节点剩余能量、到梯度边缘距离等因素的路由代价设计，把路由代价成本换算成中间节点的延时减少在路由建立过程中数据包传送路径带来的额外开销，以较少节点间通信的延时能为目标完成路由的建立。保证数据转发的方向是沿着梯度值减小的方向传输的，防止了回路的产生。成本代价函数的设计主要基于以下考虑：在干扰区域内选择与自己相邻的信道的节点作为中继节点，因为这样的话节点切换信道所消耗的能量是最小的；选择接受信噪比较高的节点作为中继节点，因为这样可以保证数据可靠的传输，提高网络的吞吐量；选择剩余能量多的节点作为中继节点，因为中继节点在转发数据时需要消耗更多的能量；选择比较靠近梯度下界的节点作为中继节点，因为这样可以有效的减少到汇聚节点的距离，确保选择最短的路径可以降低中继节点数据转发的能耗。通过信道切换、干扰程度、剩余能量和节点的相对位置的低梯度中继节点的选择，以提高链路的可靠性和能量的有效性。本发明所提出的设计方法能够在提高路由抗干扰性的同时，降低网络能量开销，达到了延长网络的生命周期并且较好的解决了无线传感器网络受干扰的问题。

附图说明：

图1为本发明Zigbee信道在2.4GHz频段上分布。

图2为本发明异构干扰实验场景。

图3为本发明梯度建立的流程图。

图4为本发明路由构建的流程图。

图5为本发明的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图，对本发明作进一步详细说明。

如图1所示为本发明Zigbee信道在2.4GHz频段上分布。假设一个边长为10m的正方形传感器网络监测区域S，且检测区域S中所有的节点都是同构的，汇聚节点位于区域S的右下角，网络中传感节点均匀分布在区域S中，且位置固定，源节点位于正方形区域的左上角且周期性地传输同样长度的数据。在汇聚节点通信范围(半径为r的圆)内的传感节点可以直接和汇聚节点通信，所有其他传感节点根据自己收集到的数据自动的选择下一跳中继节点进行数据的转发，因为本发明的路由协议使用于分布式的网络场景中。另外本发明使用的能量模型是一阶无线电模型，发送一个k比特的数据包到距离发送端d的节点需要的能量用公式表示为：其中E_elec表示发射电路损耗的能量，若传输距离小于阈值d₀，功率放大器采用自由空间模型；当传输距离大于等于阈值d₀时，采用多路径衰减模型。e_mp分别为这两种模型中功率放大所需的能量。

本发明通过节点跳数的广播信息建立梯度，节点根据自身的位置、能量信息和节点间的信噪比和信道切换的程度(节点受干扰程度)来计算自己作为中继节点的路由成本代价值，相比较于EEPA路由算法，本算法不在数据包中传送反应路由代价的数据，每个节点在接受到一个路由RREQ请求时会延时一个与路由代价成正比的时间间隔，当第一个到达目的节点的路径对应的路由必然是路由代价最小的路由于是目的节点沿着该路径发送一个RREP消息，源节点收到该RREP消息后路由即建立。

如图5所示为本发明一种在电磁干扰环境下的能量高效的WSN路由协议设计方法，包括建立梯度模型、路由的构建、数据的稳定传输和路由的维护；建立梯度模型采用基于跳数的梯度建立模型，节点根据自身梯度值选择比自己更接近汇聚节点的中间节点进行数据的转发，在选择下一跳中继节点选取过程中，通过基于节点剩余能量、节点间的相对位置、节点与干扰区域的相对位置动态选择下一跳节点；路由的构建是中继节点根据自身的路由代价相应的加入延时，目的节点记录最先发来的RREQ消息后，发送RREP处理消息进行应答，源节点接收到RREP应答后，路由即建立；数据的稳定传输利用公式 $C\left(p\right)=\underset{i\&Element;p}{\&Sigma;}\&lsqb;{\mathrm{\&alpha;C}}_{sw}\left(i\right)+{\mathrm{\&beta;C}}_{SNR}\left(i\right)+{\mathrm{\&gamma;C}}_d\left(i\right)+{\mathrm{\&epsiv;C}}_e\left(i\right)\&rsqb;$ 来确定转发延迟，其中C_sw(i)、C_SNR(i)、C_d(i)、C_e(i)分别代表了节点i的信道切换代价、信噪比产生的路由代价、距离产生的路由代价、剩余能量产生的路由代价，i代表的是路径p中的第i个节点，而α、β、γ、ε分别代表的信道切换、信噪比、距sink的节点的距离、剩余能量的路由代价权重因子，且满足α+β+γ+ε＝1；路由的维护包括路由过期处理、路由错误处理和Hello信息处理机制。

如图3所示，建立梯度模型包括：(a)初始化每个节点的梯度值，梯度值用节点到汇聚节点的最小跳数表示，将汇聚节点的梯度值MH_sink设置为0，其它节点的梯度值MH_i设置为无穷大；(b)由汇聚节点开始以半径为r广播给它所有邻居节点一个初始化消息，这个初始化消息中含有一个值为0的跳数计数器；(c)当有节点收到该初始化消息，先检查节点的梯度值是否为无穷大，若为无穷大，节点根据接收消息强度最大的初始化消息将其梯度值设置为该消息HC的值加1，其中(0≤HC≤(R/r-1))，更新能量信息，并将该消息HC的值用节点新的梯度值替代，节点再重传该初始化消息给它所有的邻居节点；否则，节点丢弃该初始化消息；(d)邻居节点收到初始化消息后继续重复步骤(c)，直到所有节点至少一次根据收到的初始化消息设置它们新的梯度值，初始化消息的传播过程终止。

如图4所示为本方法路由的构建：建立梯度模型后在源节点广播RREQ请求消息，设置广播跳数等于节点最大梯度值，中继节点对收到的重复RREQ消息进行销毁，否者对自己的邻居节点列表进行更新，中继节点根据自己的竞争能力加入相应的延时后再广播RREQ，广播RREQ消息时需要判断前一跳节点序号是否在路由链表中，如果不在，将前一跳地址加入到链表中，若前一跳节点序号在路由链表中则销毁RREQ消息数据包，与此同时我们需要判断目前已经执行的跳数是否超过了网络的最大直径，也就是判断节点是否已经跳出了我们定义的网络区域，如果超出了的话就销毁数据包，重复此操作直到此数据包到达了目的节点，否者广播跳数减1，继续广播RREQ。最终到达目的节点后，目的节点复制收到的RREQ消息并广播RREP消息，收到RREP消息包的节点判断自己是否存在链表中，若存在则销毁数据包，否者根据收到的RREP消息包更新前一跳邻居节点信息，此步骤一直持续直到达源节点收到RREP消息包，则根据路由链表建立起路由，其中RREQ消息包是源节点发起为了寻找到源节点的路径，而当目的节点收到来自源节点的RREQ包后，发送RREP消息包对此路径进行确认。

更新邻居节点后，邻居节点比较两者的梯度值，使得RREQ请求包是沿着目的节点的方向传递，当广播跳数减少到1时，如果下一跳节点还不是目的节点，那么接受到此RREQ请求包的节点把其删掉，RREQ分组中携带以下信息字段：源地址、源序列号、广播ID、目的地址、跳数计数器。

数据的稳定传输：引入动态多信道策略后，无线传感器网络中的所有节点不再工作在同一信道，如图2中所示，网络中有部分节点收到干扰源设备的干扰，当下一跳中继节点选择干扰区域内的节点的话，那么这条路径最终到达汇聚节点就需要做两次信道切换：在干扰区域外的节点选取区域内节点作为中继节点时需要进行一次信道的切换，当然干扰区域内的节点可以工作在同一信道频段，然而从干扰区域内的节点选取区域外节点作为中继节点时，还需要进行一次信道切换。R.Draves等人指出在20MHz～3GHz频谱区间每10MHz的频谱改变将带来10ms的延时和2％的额外能量开销。首先是对干扰区域内信道的调整，在干扰区域内节点动态的调整自己的频谱信道使得与干扰源不重叠，但是不再与其他的节点工作在同一个频道了，信道的切换回带来额外的时延和能量开销，把信道切换所带来的能量消耗折算为路由代价，可用公式C_sw＝|S_s-S_o|×w_s(S_o)来表示，其中S_o代表节点之前的信道频谱，S_s代表的是需要跳变到的信道频谱，w_s(S_o)是一个与S_o有关的单位变化频谱对应的代价函数。同样的，将节点间的信噪比也可以作为选取下一跳中继节点的一个依据，这是因为信噪比的获取比较简单，不需要大量的计算，在opnet中模块之间的函数传递可以通过包域、全局变量以及ICI接口控制信息三种方式。使用ICI接口信息来传递。首先物理层传到MAC层，就是直接获取包中的TDA的值，从而可以获得写入包中TDA的信噪比。从MAC层传到ARP层，用的是wlan_mac_ind这个ICI接口，在其中加入SNR的值。从ARP层传输到IP层，用的是ip_arp_ind_v这个ICI接口，在其中加入SNR的值。通过ICI接口控制信息将RREQ经过的当前链路的信噪比值直接用来作为选路代价，不需要发送检测包或者再增加包头的值，避免了不必要的路由开销。信噪比的大小反应了节点间干扰的程度，信噪比越小，误码率越高，节点间的干扰程度越大，那么就需要增大发射功率才能与相邻节点通信，增加了节点的能量的消耗；根据从节点物理层提取的信噪比的大小来定义链路受干扰程度的代价因子，采用的是DPSK调制方法，当SNR＝E_b/N_o>14.4时误码率BER值数量级达到10^-12，满足通信要求；当信噪比SNR大于14.4时，设定节点间的路由代价为0，当信噪比SNR在[b,14.4)范围内的话，将信噪比的大小折算为路由代价，而当信噪比SNR小于b的话，将此时的SNR置为+∞。用公式表达为 $e_n=\left\{\begin{array}{cc}0& SNR\&GreaterEqual;14.4\\ SNR& b\&le;SNR<14.4\\ +\mathrm{\&infin;}& SNR<b\end{array}\right.,$ b是一个阈值，把不同的信噪比转化为相应的路由代价，其中b为节点受电磁干扰的容忍度，根据设备误码率的承受度来初始化b的大小，把信噪比SNR折算为路由代价用公式表示为C_SNR＝e_n/w_a，其中e_n代表的是接受信噪比的强度，w_a代表的是单位信噪比对应的路由代价；由于节点到汇聚节点最短的距离是连接它们的直线，应尽量选择靠近这条直线的下一跳节点，以确保节点到汇聚节点的传输距离最短，以节省更多的能量用于数据的转发，在开始阶段，节点把自己的信息广播给自己的邻居节点，每个节点存储自己邻居节点的信息，也获取了邻居节点间的信噪比，如果判断出节点i的梯度值小于节点j的梯度值，即将节点i添加到节点j的下一跳集合中，其中表示的是基于距离的路由代价函数，其中d_i-j表示簇头i到簇头j的距离，d_j-sink表示簇头j到汇聚节点距离，d_i-sink表示簇头i到汇聚节点距离，从公式我们可以看出与越是接近，说明节点j与节点i越是接近在一条直线上，那么此时的路由代价函数值越小；下一跳节点的剩余能量，折算为路由代价用公式表示为其中E_min(j)表示节点j下一跳节点集合具有的最小剩余能量，E(i)表示节点i的剩余能量，同样可以看出下一跳节点剩余能量越多，路由代价函数越小，反之越大。如何把路由代价反馈给源节点，并让其选择成本最小的路径是关键。相比较于EEPA算法的三次信息交互，本发明只需要两次信息的交互，每一个节点在接收到一个路由RREQ请求时会延时一个与路由代价成正比的时间间隔，进而往下一跳继续request，定义节点i在转发一个路由RREQ请求包时的路由代价延时D(i)为：D(i)＝Dlog₂(1+min[αC_sw(i)+βC_SNR(i)+γC_d(i)+εC_e(i),C_max])，其中D为延时时间参数，C_max表示路由最大成本，避免网络后期整体性能下降后延时过长时间；对四个参数归一化处理C_sw(i)＝log₁₀(C_sw(i))，C_SNR(i)＝log₁₀(C_SNR(i))，C_d(i)＝log₁₀(C_d(i))，C_e(i)＝log₁₀(C_e(i))后，取值范围都在[-1,1]之间。

路由的维护包括：

a)路由过期处理：数据包的转发过程中，路径不断更新生存时间，当路径在ACTIVE_ROUTE_TIMEOU的时间间隔内没有被使用，就会被标记为无效，经过DELETE_PERIOD时间被撤销；

b)路由错误处理：链路中断，下一跳节点不可达，节点不存在到达目的节点的活跃路由并且节点没有进行本地修复，节点收到邻居节点发送的RERR这三种情况下向节点的前区列表发送携带下一跳不可达节点的RERR信息；

c)Hello信息处理机制：Hello信息用来维护网络的局部连接。节点在HELLO_INTERVAL时间间隔内定期向邻居节点发送Hello信息，当节点在ALLOWED_HELLO_LOSS或者是在HELLOIN_TERVAL时间内没有收到活跃邻居的Hello信息，此链路无效。

Claims (6)

1.在电磁干扰环境下的能量高效的WSN路由协议设计方法，其特征在于包括建立梯度模型、路由的构建、数据的稳定传输和路由的维护；建立梯度模型采用基于跳数的梯度建立模型，节点根据自身梯度值选择比自己更接近汇聚节点的中间节点进行数据的转发，在选择下一跳中继节点选取过程中，通过基于节点剩余能量、节点间的相对位置、节点与干扰区域的相对位置动态选择下一跳节点；路由的构建是中继节点根据自身的路由代价相应的加入延时，目的节点记录最先发来的RREQ消息后，发送RREP处理消息进行应答，源节点接收到RREP应答后，路由即建立；数据的稳定传输利用公式 $C\left(p\right)=\underset{i\&Element;p}{\&Sigma;}\&lsqb;{\mathrm{\&alpha;C}}_{sw}\left(i\right)+{\mathrm{\&beta;C}}_{SNR}\left(i\right)+{\mathrm{\&gamma;C}}_d\left(i\right)+{\mathrm{\&epsiv;C}}_e\left(i\right)\&rsqb;$ 来确定转发延迟，其中C_sw(i)、C_SNR(i)、C_d(i)、C_e(i)分别代表了节点i的信道切换代价、信噪比产生的路由代价、距离产生的路由代价、剩余能量产生的路由代价，i代表的是路径p中的第i个节点，而α、β、γ、ε分别代表的信道切换、信噪比、距sink的节点的距离、剩余能量的路由代价权重因子，且满足α+β+γ+ε＝1；路由的维护包括路由过期处理、路由错误处理和Hello信息处理机制。

2.根据权利要求1所述的在电磁干扰环境下的能量高效的WSN路由协议设计方法，其特征在于建立梯度模型包括：(a)初始化每个节点的梯度值，梯度值用节点到汇聚节点的最小跳数表示，将汇聚节点的梯度值MH_sink设置为0，其它节点的梯度值MH_i设置为无穷大；(b)由汇聚节点开始以半径为r广播给它所有邻居节点一个初始化消息，这个初始化消息中含有一个值为0的跳数计数器；(c)当有节点收到该初始化消息时，先检查节点的梯度值是否为无穷大，若为无穷大，节点根据接收消息强度最大的初始化消息将其梯度值设置为该消息HC的值加1，其中(0≤HC≤(R/r-1))，更新能量信息，并将该消息HC的值用节点新的梯度值替代，节点再重传该初始化消息给它所有的邻居节点；否则，节点丢弃该初始化消息；(d)邻居节点收到初始化消息后继续重复步骤(c)，直到所有节点至少一次根据收到的初始化消息设置它们新的梯度值，初始化消息的传播过程终止。

3.根据权利要求1所述的在电磁干扰环境下的能量高效的WSN路由协议设计方法，其特征在于路由的构建：建立梯度模型后在源节点广播RREQ请求消息，设置广播跳数等于节点最大梯度值，中继节点对收到的重复RREQ消息进行销毁，否者对本节点的邻居节点列表进行更新，中继节点根据自己的竞争能力加入相应的延时后再广播RREQ，广播RREQ消息时需要判断前一跳节点序号是否在路由链表中，如果不在，将前一跳地址加入到链表中，前一跳节点序号在路由链表中则销毁RREQ消息数据包，与此同时我们需要判断目前已经执行的跳数是否超过了网络的最大直径，也就是判断节点是否已经跳出了我们定义的网络区域，如果超出了的话就销毁数据包，重复此操作直到到达目的节点，否者广播跳数减1，继续广播RREQ。最终到达目的节点后，目的节点复制收到的RREQ消息并广播RREP消息，收到RREP消息包的节点判断自己是否存在链表中，若存在则销毁数据包，否者根据收到的RREP消息包更新前一跳邻居节点信息，此步骤一直持续直到达源节点收到RREP消息包，则根据路由链表建立起路由。

4.根据权利要求3所述的在电磁干扰环境下的能量高效的WSN路由协议设计方法，其特征在于更新邻居节点后，邻居节点比较两者的梯度值，使得RREQ请求包是沿着目的节点的方向传递，当广播跳数减少到1时，下一跳节点还不是目的节点，那么接受到此RREQ请求包的节点把其删掉，RREQ分组中携带以下信息字段：源地址、源序列号、广播ID、目的地址、跳数计数器。

5.根据权利要求1所述的在电磁干扰环境下的能量高效的WSN路由协议设计方法，其特征在于数据的稳定传输：首先是对干扰区域内信道的调整，在干扰区域内节点动态的调整自己的频谱信道使得与干扰源不重叠，但是不再与其他的节点工作在同一个频道了，信道的切换回带来额外的时延和能量开销，把信道切换所带来的能量消耗折算为路由代价，可用公式C_sw＝|S_s-S_o|×w_s(S_o)来表示，其中S_o代表节点之前的信道频谱，S_s代表的是需要跳变到的信道频谱；根据从节点物理层提取的信噪比的大小来定义链路受干扰程度的代价因子，采用的是DPSK调制方法，当SNR＝E_b/N_o>14.4时误码率BER值数量级达到10^-12，满足通信要求；当信噪比SNR大于14.4时，设定节点间的路由代价为0，当信噪比SNR在[b,14.4)范围内的话，将信噪比的大小折算为路由代价，而当信噪比SNR小于b的话，将此时的SNR置为+∞。用公式表达为 $e_n=\left\{\begin{array}{cc}0& SNR\&GreaterEqual;14.4\\ SNR& b\&le;SNR<14.4\\ +\mathrm{\&infin;}& SNR<b\end{array}\right.,$ b是一个阈值，把不同的信噪比转化为相应的路由代价，其中b为节点受电磁干扰的容忍度，根据设备误码率的承受度来初始化b的大小，把信噪比SNR折算为路由代价用公式表示为C_SNR＝e_n/w_a，其中e_n代表的是接受信噪比的强度，w_a代表的是单位信噪比对应的路由代价；表示的是基于距离的路由代价函数，其中d_i-j表示簇头i到簇头j的距离，d_j-sink表示簇头j到汇聚节点距离，d_i-sink表示簇头i到汇聚节点距离；下一跳时路由代价用公式表示为其中E_min(j)表示节点j下一跳节点集合具有的最小剩余能量，E(i)表示节点i的剩余能量；对四个参数归一化处理C_sw(i)＝log₁₀(C_sw(i))，C_SNR(i)＝log₁₀(C_SNR(i))，C_d(i)＝log₁₀(C_d(i))，C_e(i)＝log₁₀(C_e(i))，这样它们的取值范围都在[-1,1]之间；每一个节点在接收到一个路由RREQ请求时会延时一个与路由代价成正比的时间间隔，进而往下一跳继续request，节点i在转发一个路由RREQ请求包时的路由代价延时D(i)为：D(i)＝Dlog₂(1+min[αC_sw(i)+βC_SNR(i)+γC_d(i)+εC_e(i),C_max])，其中D为延时时间参数，C_max表示路由最大成本。

6.根据权利要求1所述的在电磁干扰环境下的能量高效的WSN路由协议设计方法，其特征在于路由的维护包括：

a)路由过期处理：数据包的转发过程中，路径不断更新生存时间，当路径在ACTIVE_ROUTE_TIMEOU的时间间隔内没有被使用，就会被标记为无效，经过DELETE_PERIOD时间被撤销；

b)路由错误处理：链路中断，下一跳节点不可达，节点不存在到达目的节点的活跃路由并且节点没有进行本地修复，节点收到邻居节点发送的RERR这三种情况下向节点的前区列表发送携带下一跳不可达节点的RERR信息；

c)Hello信息处理机制：Hello信息用来维护网络的局部连接。节点在HELLO_INTERVAL时间间隔内定期向邻居节点发送Hello信息，当节点在ALLOWED_HELLO_LOSS或者是在HELLOIN_TERVAL时间内没有收到活跃邻居的Hello信息，此链路无效。